JPS59101231A - 可変トルクぜんまいばねの製造方法 - Google Patents

可変トルクぜんまいばねの製造方法

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JPS59101231A
JPS59101231A JP21192682A JP21192682A JPS59101231A JP S59101231 A JPS59101231 A JP S59101231A JP 21192682 A JP21192682 A JP 21192682A JP 21192682 A JP21192682 A JP 21192682A JP S59101231 A JPS59101231 A JP S59101231A
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torque
tension
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spring
die
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Norihiko Yamada
敬彦 山田
Nobuyuki Kono
河野 宜之
Toshiaki Arakawa
敏明 荒川
Shozo Abeyama
阿部山 尚三
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Daido Steel Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D11/00Bending not restricted to forms of material mentioned in only one of groups B21D5/00, B21D7/00, B21D9/00; Bending not provided for in groups B21D5/00 - B21D9/00; Twisting
    • B21D11/06Bending into helical or spiral form; Forming a succession of return bends, e.g. serpentine form

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Wire Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は疲労寿命が従来の可変トルクぜんまいばねに比
して飛躍的に向上した可変トルクぜんまいばねの製造方
法に関する。
可変トルクぜんまいばねを製造する従来例を第1図に基
づき説明すや。ステンレス鋼、ばかね鋼等の鋼材を用い
て例えば0.131B厚に冷間圧延加工された薄板を、
次いでその表面を研磨し、スリットと成し、縁摺り〔ラ
ンド加工〕し、このような葉材工程を経た鋼帯1を第1
図に示す送りローラー2及びガイド部材6を通して曲げ
部材4に送り、当該部材に鋼帯1を尚接して折曲げ成形
する。この際一定の径で曲げ加工するときには定トルク
ぜんまいばねとなり、径を変化させトルク特性を与える
ときには可変トルクばねとなる。次いで、折曲げ後のば
ねを例えば400℃2時間時効処理(加熱処8りシ、次
いで径の仕上りにバラツキが発生することを防止したり
、塑性変形を予じめ起させその後のへたりを防止するた
めに、第2図に示す如き態様でばねを支持ドラム5から
セツティング用、ドラム6に巻き付けてプリセラチイン
グラ行う。このプリセツティングは折曲げ成形後のばね
を逆巻きにし、その径を例えば折曲げ成形時φ12〜1
3からφ14〜16に広げる工程である。
ところで、このようにして得られたぜんまいばねについ
ての疲労寿命を測定するテストとして疲労テストがある
。このテストの一方法は、第3図に示す如き態様で、支
持ドラム7にセツティング後のばねを巻き付け、巻き付
けたものを出力ドラム8に巻き付けたり、次いで出力ド
ラム8から支持ドラム7に巻き戻したり、この巻き付け
、巻き戻しを繰り返してばねに破壊部(クラヅク〕が生
じる回数を測定するものである。尚当該テストには香箱
セットによる場合と単体テストによる場合とがある。又
自動車のシートベルトの5巻取装置に使用される巻取は
ねについては、第3図に示す出力ドラム8の出力軸に設
けたリール(図示せず)を引くと矢標方向に出力ドラム
8が回転してそこに可変トルクぜんまいばねが巻回され
、リールをはなすと再び支持ドラム7に巻き戻されるよ
うになっている。
ところで、上記した従来例による可変トルクぜんまいば
ねについての疲労寿命は、香箱セットによるテストで、
たかだか3〜7万回平均5万回程度にしかならない。
そこで、本発明者らはこの従来例による可変トルクぜん
まいばねについての残留応力を測定したところ、第2図
に示すセツティング時のばね使用時の引張側残留応力(
発生応力)は+20〜30kyf/zz2程度であり、
又疲労テスト時の発生応力は約170 kgt/dであ
り、合せてばね表面の発生応力は約220〜230 k
1f/wyn2程度にもなることが判った。
、  第4図(Al、(E)はばね使用時の引張側表面
の残留応力の疲労寿命に与える影響をグラフ化したもの
で、同図(A)は当該引張側残留応力と疲労テスト応力
振幅範囲、ばね限界値、引張り強さとの関係を、又同図
(B)はS(応力〕−N(回数)カーブを図示したもの
である。
第4図中、9は従来例を示し、この従来例の場合残留応
力は+側で応力振幅範囲を示している。
即ち従来法によればどうしても+側の残留応力しか付与
することができなかった。これでは第4図に示す如(応
力振幅範囲が+側を基点としているので急いばね限界値
を越えてしまい疲労寿命の短い可変トルクぜんまいばね
しか得られないことになる。
本発明者らは可変トルクぜんまいばねについて第4図中
10で示す如き−の残留応力(圧縮残留応力〕を付与す
ることにより、同図中に示す如(ばね限界値を越えるこ
となく飛躍的な寿命同上を達成することができることが
判った。
羊こで更に、ばね使用時の引張り側表面に−の残留応力
を与え疲労寿命の飛躍的に向上した可変トルクぜんまい
ばねを得る好ましい方法について多数の基碇実験を重ね
た結果、次のような知見を得た。
即ち、第5図(A)、CB)に示す態様で可変トルクぜ
んまいはねにつ(・て圧縮残留応力を付与する方法につ
いて考察したところ、鋼帯12に二方向から張力をかげ
、それら張力下でダイス13やローラーダイス14で銅
帯をしごくことにより一の残留応力を附与することに成
功した。尚第5図中、Pは張力を示し、又Wは他方の張
力を示し、更に11は荷重、15はガイドロールである
そこで、更に鋭意検討した結果、このような引き加工法
で−の残留応力を好適に付与する方法は、ダイスの如き
しごき部材で最大限にしごき且次いで最下限に曲げ伸ば
しを行うことであることが判った。即ち第5図に示す如
き態様ではダイスのRを小さくし、又大きな張力を作用
させることである。
第6図は第5図(B)に示す如きローラーダイス法によ
るダイスRと表面残留応力との関係をグラフ化したもの
であるが、従来法(押し加工法)による場合の残留応力
は+側であるのに対し二方向から張力をかげつつじと(
本発明法によればみごとに一側に残留応力を示し、ダイ
スRを小さくすればする程−の残留応力を大きくできる
ことが判った。又成形径を小さくすればする程−の残留
応力を大きくすることができることも判った。
第7図は同様に第5図(A)に示すブロックダイス法に
ついてのものであり、同様のことが判る。
前記した従来法(押し加工法)の実施態様に照らせば1
次成形径を小さくし、プリセツティングによる逆曲げ変
形量を太き(することである。
ところが、本発明者らは1次成形径を小さくするという
観点から、従来法(押し加工法)について成形時半径を
小さくすることについて検討してみたが、従来法の如き
押し加工法では成形時半径を小さくすると銅帯にオレが
発生し、成形時半径を小さく1−ることには限界がある
ことも判った。
本発明は上記知見を基にして完成したものであり、本発
明はうす巻き状に成形後逆巻して使用する可変トルクぜ
んまいばねを製造するVC際し、銅帯に張力を負荷した
状態でしごきを加えながら巻取り、銅帯裏側表層面に圧
縮残留応力を付与する1次成形工程と当該巻取体にトル
ク変化を付与する2次成形工程を経る可変トルクぜんま
いばねの製造方法に係り、本発明によれば飛躍的に疲労
寿命の向上した可変トルク−ぜんまいばねが得られた。
次に、本発明による可変トルクぜんまいばねの製造方法
について詳述す\る。
第8図は銅帯に二方向から張力をかけつつしごくことに
よりばね使用時の引張り側表面に圧縮残留応力を付与す
る工程を説明する側面図であり、鋼帯12をガイドロー
ル17を経てしごき部材18に送り、バンクテンション
装置16により後方張力をかげ、引出し装置19により
前方張力をかげつつしごき、銅帯にばね使用時の引張り
側表面に圧縮残留応力を付与する。
本発明に使用されるしごき部材としては二方向に張力を
かげつつしどけるものであれば何でもよいが、ローラー
ダイス、Rブロック、べ7リングダ′イスC以下単にこ
れらを総称してRダイスという〕が例示される。Rダイ
スの半径は小さい程よいが、通常半径5飾以下のものを
使用するのがよい。又張力も太きい程よいが、通常、後
方張力について単位張力の値が0.5kpf/腸2 以
上であることが好ましい。これらRダイスの半径、張力
については鋼材の1種々等に応じて適宜選択する。
このようにして圧縮残留応力の付与されり銅帯又は一旦
定トルクぜんまいばねとされた鋼帯は次いでトルク変化
を付与されるが、次に本発明においてぜんまいばねにト
ルク変化全付与する好ましい方法の二三の例について説
明する。
第9図は第8図に示す成形(以下1次成形という〕工程
後に折曲げダイスを用い、当該ダイスの銅帯又は定トル
クぜんまいばね(以下単に ゛鋼帯という)との当接す
る位置を変化させることによりトルク変化を付与する機
構の例示説明図である。
即ち1次成形を経た鋼帯12は送りローラー20により
ガイド21に送られ、次いで折曲げダイス22に当接し
て1次成形の方向とは逆方向に曲げ加工されるが、その
際折曲げダイス22と鋼帯12とが当接する位置第9図
で示す態様でいえば折曲げダイス22とガイド21との
距離りを変化させることによりトルク変化を付与するこ
とができる。
又第10図は前記ダイス22の角度を変化させることに
よりトルク変化を付与する機構の例示訣1明図である。
即ち第9図に示すガイド22は1次成形後の銅帯の進行
方向に対し直角方向に位置しであるが、轟該第10図で
はこのガイド22の角度を第1a図に示す如く変化させ
ることによりトルク変化を付与する機構を示す。
当該角度θとしては±30°が好ましい。
次に第11図はセツティングロールにより銅帯の逆曲げ
量を変化させることによりトルク変化を付与する機構の
例示説明図である。
即ち、鋼帯12をセツティングロール25に送り込み、
このロール25の作用によりトルク変化を付与するもの
である。このセツティングロールとしては第11図に例
示する如く、三本ロール26,27.28を用い、ロー
ル27゜28を固定しておき中央のロール26の位置を
点線で示すように変化させることにより逆曲げ量を変化
させ銅帯にトルク変化を付与することができる。尚第1
図中、16はバンクテンション装置、18は成形ロール
(しどき部材〕、24は銅帯の方向変換を行うロール、
28は引張りロールであり、二方向から張力をかげつつ
成形ロール18でしごき次いでセツティングロールで上
記の如(セツティングを行う。
上記においてセツティングロールの受、ける圧力(荷重
〕Pを検出することによりばねのトルク特性を連続的に
測定することが可能である。
そして、これらの測定結果をトルク詞整機構にフィード
バックしてトルク特性を制御することも可能である。一
方、トルク変化の付与は銅帯に与える張力を変化させる
ことによっても可能である。
この張力の変化は各種工程において可能であり、1次成
形の際に例えば後方張力を変化させて行うこともできる
。即ち第8図においてしごき部材例えばロールダイスの
半径を一定にし、二方向張力を一定とするときには定ト
ノトクぜんまいばねとな忠が、張力例えば・(ツクテン
ション装置16による後方張力を変化させることにより
トルク変化を付与した可変トルクぜんまいばねとするこ
とができる。
次に本発明法の全体について説明する。
第8図に示す工程により圧縮残留応力が付与され且トル
ク変化を付与された鋼帯12はそのまま巻取るか或いは
第2図に示すプリセツティングを経て可変トルクぜんま
いはねとすることができる。適宜時効処理をしてもよい
又第8図に示す工程を経て、次いで予じめ所定径よりも
小さな径に巻取られた定トルりぜんまいばねを作ってお
き、これを例えば第9図、第10図に示す態様でトルク
変化を与えると共に逆方向に曲げ加工し所定径に成形す
ることにより可変トルクぜんまいばねと成すことができ
る。これらは連続加工によっても不連続加工によっても
できる。このように所定径よりも小さなばね(定トルク
ぜんまいばね、可変トルクぜんまいばね両方を含む〕を
1次成形し、更に2次成形としてばねの成形状態から逆
方向に曲げ、成形径を所定径まで拡大することにより圧
縮残留応力の絶対値をより太きくし、より一層ばねの疲
労寿命を向上させることができる。
本発明においては上記の如(定トルクぜんまいばねとせ
ずに銅帯をそのまま例えば第9図、第10図に示す如(
トルク変化を付与すると共に逆方向に曲げ加工し、所定
径に成形して成形品たる可変トルクぜんまいばねと成す
こともできる。    ・ 第9図、第10図、第11図に示す如き%種トルク変化
を付与する機構を適宜組合せて実施することも可能であ
る。
又2次成形を経た可変トルクぜんまいばねについて更に
プリセツティングを行うことも可能であり、当業者であ
ればその他適宜の変更が可能であるゝ。
本発明法により得られた可変トルクぜんまいばねは疲労
寿命が飛躍的に同上したものであり、−膜長寿命の可変
トルクぜんまいばねと使用される他山動車のシートベル
ト巻取装置に使用される巻取ばねとして好適に使用する
ことができる。
次の第1表は従来法による成形工程に於ける可変トルク
ぜんまいはねの残留応力の変化(高トルク部)をまとめ
たものであるが、この第1表にも示されるように、従来
法による使用時引張側の残留応力はプリセツティング後
で25に9f/駄2 程度の引張残留応力が付与されて
いる。
第  1  表 これに対し、第2表は厚さQ、j3111Jのステンレ
ス鋼帯についてφ9のばねを後方張力2kyr/sI!
2、半径2簡のローラーダイスを用いて1次成形し、次
いでφ15に2次成形叫た。なおこの場合第10図によ
る方法でトルク変化を与えた。
つづいてぜんまいはねの残留応力を測定した結果を示す
が、この本発明笑流側の場合、使用時引張り側残留応力
(X)は90 kjl f 71g12以上の圧縮残留
応力−を示している。尚第2表には従来法による場合も
対比して示しである。
このように本発明の可変トルクぜんまいはねの製造方法
によれば圧縮残留応力を付与したぜんまいばねが得られ
、−の残留応力を基点として疲労テスト応力振幅範囲を
示すので、疲労寿命を飛躍的に向上することができた。
上記実施例に於いて本発明例1の場合10万回以上の疲
労寿命があり、疲労寿命を半永久的圧することに成功し
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来法を説明する側面図、第2図はプリセツテ
ィングを説明する側面図、第3図は疲労テストを説明す
る側面図、第4図(A)は残留応力と疲労テスト応力振
幅範囲、ばね限界値、引張り強さとの関係を示すグラフ
、第4図(B)はSNカーブを示すグラフ、第5図(A
lは本発明におけるブロックダイス法の説明図、第5図
(B)は同ローラーダイス法の説明図、第6図はローラ
ーダイス法によるダイスR1成形径と表面残留応力との
関係を示すグラフ、第7図はブロックダイ不法による同
様の関係を示すグラフ、第8図は本発明の実施例を示す
要部側面図、第9図〜第11図は本発明におけるトルク
変化の機構を説明する側面図である。 第1図 第2図    第3図 第7図 ダイスR(ml 第  8  図 第  10  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 うす巻き状に成形後逆巻して使用する可変トルクぜ
    んまいばねを製造するに際し、銅帯に張力を負荷した状
    態でしごきを力nえながら巻取り、銅帯裏側表層面″に
    圧縮残留応力を付与する1次成形工程と当該巻取体にト
    ルク変化を付与する2次成形工程とを経て可変トルりぜ
    んまいばねを得ることを特徴とする可変トルクぜんまい
    はねの製造方法。 2 トルク変化の付与を、折曲げダイスの位置、または
    /および角度を変化させて行なう特許請求の範囲第1項
    記載の製造方法。 3 トルク変化の付与を3本ロールの中央のロール位置
    を変化させて行なう特許請求の範囲第1項記載の製造方
    法。 4 トルク変化の付与奮、1次成形における張力を変化
    させて行なう特許請求の範囲第1項記載の製造方法。
JP21192682A 1982-12-02 1982-12-02 可変トルクぜんまいばねの製造方法 Granted JPS59101231A (ja)

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